JP5735015B2

JP5735015B2 - 近接場光デバイス、それを用いた記録装置、および、記録方法

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Publication number: JP5735015B2
Application number: JP2012558041A
Authority: JP
Inventors: 勝美吉沢; 杉浦　聡; 聡杉浦; 孝幸糟谷
Original assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: JPWO2012111816A1

Description

本発明は、例えば、近接場光を用いた微小スポットを利用した記録装置および記録方法の技術分野に関する。

近接場光を利用した、光の回折限界を超えたナノスケールの微小光スポットの利用例として、例えば、近接場光を磁気記録媒体の昇温するための光源として用いる熱アシスト磁気記録（特許文献１〜４参照）が提案されている。

また、通信ネットワークの分野で、近年の半導体微細加工技術の進歩により、量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。たとえば、量子ドットのサイズを適切に制御する製造方法（特許文献５参照）、および、積層された量子ドットを利用した近接場集光器が提案されている（特許文献６参照）。

特開２００９−１６３８３４号公報特開２０１０−１４６６５５号公報特開２０１０−１４６６６３号公報特開２００３−０４５００４号公報特開２００９−２３１６０１号公報特開２００６−０８０４５９号公報

特許文献１〜４に記載の熱アシスト磁気記録の構成は、対物レンズや光導波路を用いて集光させているが、この方法では光の波長以下のサイズに絞り込むことができない。しかしながら、近接場発生部である金属導体は、波長以下のサイズである数十ナノメートル以下の大きさであり、集光されたレーザ光の大部分は近接場光の生成に寄与せず効率が低い。

また、エネルギーが微小な大きさの領域に集中するので、金属導体自体が溶けてしまう恐れがあり、継続的な駆動が困難である問題もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、通信ネットワーク分野の量子ドットを用いた近接場光デバイスを磁気記録へ応用することにより、微小サイズの近接場光を発生させることができる近接場光デバイス、それを用いた記録装置と記録方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の近接場光デバイスは、上記課題を解決するために、複数の量子ドットを含んでなり、前記複数の量子ドットが少なくとも平面的に分布する量子ドット構造体と、前記量子ドット構造体の上に設けられた金属端と、を備える近接場光デバイスであって、前記量子ドット構造体は、前記量子ドット構造体に入射する光である入射光が、前記複数の量子ドットの少なくとも一部により近接場光に変換され、前記近接場光が前記複数の量子ドットのうち一又は複数の量子ドットを伝播することにより、前記近接場光が前記金属端に集中するような構成を有する。

本発明の第２の近接場光デバイスは、上記課題を解決するために、光源と、複数の量子ドットを含んでなり、前記複数の量子ドットが少なくとも平面的に分布する量子ドット構造体と、前記量子ドット構造体の上に設けられた金属端と、を備える近接場光デバイスであって、前記量子ドット構造体は、前記光源から出射され前記量子ドット構造体に入射する光である入射光が、前記複数の量子ドットの少なくとも一部により近接場光に変換され、前記近接場光が前記複数の量子ドットのうち一又は複数の量子ドットを伝播することにより、前記近接場光が前記金属端に集中するような構成を有する。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。図１の近接場光デバイスにおけるエネルギー移動を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。図３の近接場光デバイスにおけるエネルギー移動を説明する図である。３層に量子ドットグループを配置した近接場光デバイスの構造を示す図である。メサ構造の近接場光デバイスの構造を示す図である。量子ドットがメサ構造体の中に分散している近接場光デバイスの構造を示す図である。光源の位置を変えた近接場光デバイスの構造を示す図である。本発明の近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。本発明の記録装置の実施形態に係る記録装置を説明する図である。本発明の記録装置の動作を説明する図である。本発明の記録装置の動作を説明する図である。本発明の記録装置の動作を説明する図である。本発明の記録装置の変形例１の実施形態に係る記録装置を説明する図である。本発明の記録装置の変形例１の動作を説明する図である。本発明の記録装置の変形例１の動作を説明する図である。本発明の第３の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの全体形状の一例を示す平面図及び斜視図である。図１９（ａ）のＡ−Ａ´線断面図の一例である。本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの第１変形例の一例である。本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの第２変形例の一例である。本発明の第５の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。本発明の近接場光デバイスの製造工程の一部を示す断面図である。図２４の工程に続く工程を示す断面図である。図２５の工程に続く工程を示す断面図である。図２６の工程に続く工程を示す断面図である。図２７の工程に続く工程を示す断面図である。図２８の工程に続く工程を示す断面図である。図２９の工程に続く工程を示す断面図である。図３０の工程に続く工程を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明を適用した量子ドットを利用した近接場光デバイス１について説明する。近接場光デバイス１は、図１に示すように、光源１１、GaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４、InAs量子ドット１５、GaAs層１６、及び金属端１７から構成されている。

光源１１とGaAs基板１２は図１では接合されているが、離間していても良い。光源１１はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよいし、半導体レーザでも良い。GaAs基板１２は光源１１からの入射光が透過する厚さに設計されている。金属端１７は、近接場光のエネルギーを効率よく吸収できるエネルギーバンドを持つ金属（例えば金（Ａｕ））が好ましいが、それに限ることなく、金（Ａｕ）以外の金属でも良い。また各種の半導体でもかまわない。図１に示す量子ドット構造は、例えば特開２００９−２３１６０１号公報に記載されている方法で製造される。

尚、図１の近接場光デバイスの例では、GaAsやInAsを用いたが、これらの材料に限らず、CuCl、GaNまたはZnOなど透光性のある量子ドットとして機能する材料を用いることができる。

次に図２を用いて、図１の近接場光デバイス１が光源１１からの入射光のエネルギーを移動させる方法について説明する。光源１１からの入射光はGaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４を透過し、InAs量子ドット１５に到達し、InAs量子ドット１５の周囲に近接場光１８が発生する。発生した近接場光１８のエネルギーは金属端１７に移動し近接場光１９となる。金属端１７に移動した近接場光１９は、対象物２１と金属端１７との距離が近接場相互作用を引き起こす距離（例えば２０ｎｍ（ナノメートル）以下）であるとき、金属端１７から対象物２１の表面の微小スポット２０に近接場光１９が移動する（すなわちエネルギーが移動する）。微小スポットは光の回折限界より小さいナノオーダーのスポットである。

対象物２１が磁気記録媒体であるならば、微小スポットに熱などのエネルギーが照射されることになり、昇温する領域を小さくすることができ、小さい面積（体積）の磁気記録ビッドを形成することができる。

光源１１のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、金属端１７から対象物２１の微小スポットへのエネルギー移動を制御する。これにより、例えば磁気記録ビットの記録を行う。

磁気記録ビットの大きさは数十ナノメートル以下の大きさであり、光学的な方法では入射光を光の波長以下のスポットに絞り込むことはできず、数十ナノメートルの大きさの領域を昇温することができない（光の波長サイズである数百ナノメートルの大きさの領域が昇温してしまうことになる）。また、金属端１７に、例えば光導波路などを用いて直接入射光を照射すると、金属端１７が高温になり熔ける恐れがある。

本発明を適用した量子ドットを利用した近接場光デバイス１を用いることにより、入射光の一部を量子ドット１５にて近接場光１８に変換され、近接場光１８が金属端１７に移動し近接場光１９となり、対象物２１（たとえば磁気媒体）に数十ナノメートルの大きさの領域を昇温できることになる。また、シミュレーションによる研究により金属端１７が高温にならないことも示されている。

よって、本発明によれば、量子ドットにて入射光のエネルギーを受け取り、光の波長の大きさより小さい大きさの領域を確実に昇温することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、量子ドットを２段に積層した近接場光デバイス１００について図３を用いて説明する。近接場光デバイス１００は、光源１０１、GaAs基板１０２、GaAsバッファ層１０３、第１InAs層１０４、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ、第１GaAs層１０６、第２InAs層１０７、第２量子ドット１０８、第２GaAs層１０９及び金属端１１０から構成されている。量子ドットが２段構成になっている以外は図１に示した近接場光デバイス１と同様の構成となっている。

第１InAs層１０４上には複数の第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂが形成されており、光源１０１からの入射光を複数の第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂで受けとる。第２InAs層１０７上には第２量子ドット１０８が形成されている。

第２量子ドットの個数は第１量子ドットの個数より少ない（例えば、第１量子ドット４個に対して第２量子ドット１個、第１量子ドット９個に対して第２量子ドット１個など）。また、第２量子ドットの大きさは第１量子ドットの大きさより大きい（例えば、第２量子ドットの直径が６０ｎｍに対して第１量子ドットの直径は５０ｎｍ、第２量子ドットの直径が２０ｎｍに対して第１量子ドットの直径は１５ｎｍなど）。

下層（第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ）と上層（第２量子ドット１０８）の量子ドットは近接場光相互作用で結合可能な距離を満たすように、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ及び第２量子ドット１０８が構成されている。

図４を用いて近接場光デバイス１００が光源１０１からの入射光のエネルギーを移動させる方法について説明する。光源１０１からの入射光はGaAs基板１０２、GaAsバッファ層１０３、InAs層１０４を透過し、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂに到達し、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂの周囲に第１の近接場光１１１が発生する。そして、第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂの第１の励起状態と第２量子ドット１０８の第２の励起状態のエネルギー準位とが共鳴状態となる。

共鳴状態となることにより、近接場相互作用により第１量子ドット１０５ａ及び１０５ｂから、第２量子ドット１０８へエネルギー移動が起こり、第２量子ドット１０８の周囲に第２の近接場光１１２が発生する。発生した第２の近接場光１１２のエネルギーは金属端１１０に移動し金属端１１０の周囲に第３の近接場光１１３が発生する。金属端１１０の周囲に図示せぬ対象物が、近接場相互作用を引き起こす距離にあるときに対象物の微小スポットに第３の近接場光１１３が移動しエネルギー移動が起こる。

複数層に量子ドットを配置することにより、入射光のエネルギーを効率よく収集することが可能となる。光源１０１に一番近い層に形成された複数の量子ドット（ここでは、第１量子ドット１０５ａ、１０５ｂ）により、入射光を近接場光に変換し、上層に設けられた量子ドット（ここでは、第２量子ドット１０８）にエネルギーを移動させていくことにより、光の波長より小さい微小領域にエネルギーを集約させることが容易となる。

また、入射光が照射される量子ドットの個数（量子ドットの占有面積）が多きくなるほど、入射光を近接場光に変換することができ、金属端にエネルギーを効率的に集めることができる。入射光は下層の量子ドットだけでなく、入射光に照射された上層の量子ドットによっても近接場光に変換され、下層あるいは上層の各量子ドットで近接場光に変換された入射光のエネルギーは、金属端１１０に集中する。

また、図５に示すように、量子ドットの層を３層にするようにしてもよい。下層に位置する第１量子ドットグループ２０１の各々の量子ドットが光源２０４からの入射光を受け第１近接場光（図示せず）を発生させる。第１量子ドットグループ２０１と中間層の第２量子ドットグループ２０２が共鳴状態となり、第１量子ドットグループ２０１から第２量子ドットグループ２０２にエネルギー移動が起こり、第２量子ドットグループ２０２の各々の量子ドットに第２近接場光（図示せず）が発生する。

そして同様に、第２量子ドットグループ２０２と上層の第３量子ドットグループ２０３が共鳴状態となり、第２量子ドットグループ２０２から第３量子ドットグループ２０３にエネルギー移動が起こり、第３量子ドットグループ２０３の各々の量子ドットに第３近接場光（図示せず）が発生する。発生した第３近接場光のエネルギーは金属端２０５に吸収される。吸収されたエネルギーは光、熱などのエネルギーに変換され放出される。

各層の量子ドットは、層間（下層と中間層、中間層と上層）では、下層と中間層の量子ドット間や中間層と上層の量子ドット間では、近接場光相互作用で結合可能な距離となるように、各層の層厚、各層の量子ドットの高さ、量子ドットの大きさが設計される。

図５に示した例では、第１量子ドットグループ２０１、第２量子ドットグループ２０２、第３量子ドットグループ２０３の順で、各グループに属する量子ドットの数が減少する。さらに、第１量子ドットグループ２０１、第２量子ドットグループ２０２、第３量子ドットグループ２０３の順で、各グループに属する量子ドットの大きさが大きくなるように設計される。これらはエネルギー変換効率を高め、光の波長より小さい微小スポットにエネルギーを集中させるための工夫である。

図５では、３層の量子ドットグループからなる構成を説明したが、３層に限らず、３層以上の量子ドットグループからなる構成にしてもよいことはいうまでもない。また、入射光が照射される量子ドットの個数（量子ドットの占有面積）が多きくなるほど、入射光を近接場光に変換することができ、金属端にエネルギーを効率的に集めることができる。入射光は下層の量子ドットだけでなく、入射光に照射された中間層あるいは上層の量子ドットによっても近接場光に変換され、下層、中間層、上層の各量子ドットで近接場光に変換された入射光のエネルギーは、金属端２０５に集中する。

＜第１の変形例＞
図６は、図３に示した２層の量子ドットグループからなる近接場光デバイスの変形例を示した図である。図６の近接場光デバイス３００は、第１量子ドットグループ３０１、第２量子ドットグループ３０２、光源３０３、及び金属微粒子３０４から構成されている。図６は、第１及び第２の量子ドットグループをメサ構造体（テーパー形状）の中に形成した構造を示している。

メサ構造体を用いることで、下層の面積より上層の面積が小さくなっているので、下層の第１量子ドットグループ３０１から上層の第２量子ドットグループ３０２へのエネルギー移動の効率を上げることができる。また、側面をテーパー形状とすることで、近接場光デバイス３００のエッチング工程の簡易化や時間短縮につながる。

また、金属端を金属微粒子３０４とすることで、上層の第２量子ドットグループ３０２に集中したエネルギーをさらに効率よく吸収することが可能となる。特に、金属微粒子３０４を構成する金属材料を金（Ａｕ）とすると、金（Ａｕ）の持つ広範囲のエネルギーバンドにより、無駄なくエネルギー吸収を行うことができる。

＜第２の変形例＞
図７は、例えば、GaAs媒体中にInAsで構成された量子ドットが分散された近接場光デバイス４００を示した図である。近接場光デバイス４００は、メサ構造体の中に分散している量子ドットグループ４０１、光源４０２、及び金属微粒子４０３から構成されている。

メサ構造体は下層から上層（光源４０２から金属微粒子４０３）の方向に向かって段々と狭くなっている構成であり、量子ドットの数も下層から上層に向かって少なくなっていくように構成される。光源４０２からの入射光は下層に位置した量子ドットにより近接場光となり、エネルギー移動により、上層の量子ドットにも近接場光が発生し、最後に金属微粒子４０３にエネルギーが集中される。

このような構造は、GaAs媒体中にInAsの量子ドットが均一に分散された材料を、マスクを用いてエッチングしたり、メサ構造とは逆パターンの凹凸構造が刻まれたモールドを用いてインプリントしたりすることにより、量子ドットがメサ構造体に分散している構造を簡単にかつ大量に製造することができる。

＜第３の変形例＞
図８は、図６に示した近接場光デバイスの入射光の光源の位置を変えた構成を示している。図８の近接場光デバイス５００は、第１量子ドットグループ５０１、第２量子ドットグループ５０２、光源５０３、及び金属微粒子５０４から構成されている。図８は、第１及び第２の量子ドットグループをメサ構造体（テーパー形状）の中に形成した構造を示している。

光源５０３はメサ構造体の底面から入射光を入射する位置ではなく、メサ構造体の側面から入射光を入射させるように位置している。光源の位置に制限をなくすことができ、デバイス自体の大きさを小さくすることができる。

また、図８に示した位置に光源を設置せず、メサ全面に入射光が照射されるように光源の位置を設定することもできる。

＜応用例＞
図９は、図１〜図８で説明した近接場光デバイスを磁気ヘッドへの搭載例を示した図である。図９に示すように、アーム５１の先端には、磁気ヘッド５２と近接場光デバイス５３とが搭載されている。磁気ヘッド５２と近接場光デバイス５３とが搭載されたアーム５１の先端部分と、磁気記録媒体５４との距離が近接場相互作用を引き起こす距離となる位置に、該先端部分が浮上するようにアーム５１が制御される。

記録信号に基づいて、近接場光デバイス５３の光源（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦが制御されることにより、近接場光デバイス５３が備える出力端（又は金属微粒子）から磁気記録媒体５４の微小スポットへのエネルギー移動が制御される。これにより、光源がＯＮのときに磁気記録媒体５４の微小スポットにエネルギー移動が起こり、磁気記録ビットの記録が行われる。

エネルギーが与えられることにより、微小スポットの保磁力を下げるとともに磁気ヘッド５２から磁界を加え磁化反転を行うことにより記録を行う。近接場光デバイス５３で発生する微小スポットサイズは、磁気記録媒体５４の記録ドットサイズとほぼ等しい大きさとなるように、近接場光デバイス５３が備える出力端（又は金属微粒子）の大きさが設定される。

また、従来の走査型近接場光学顕微鏡に用いられている光プローブの代わりに、近接場光源として本発明の近接場光デバイスを用いることにより、近接場光のスポットを小さくすることができ、高解像の画像を得ることが出来る。

尚、「金属端１７」、「金属端１１０」、「金属端２０５」、「金属微粒子３０４」、「金属微粒子４０３」及び「金属微粒子５０４」は、本発明に係る「出力端」の一例である。

＜記録装置の実施形態＞
図１０は記録装置の基本概念を示す図であり、図１に示した近接場デバイス１と、制御部７０から構成されており、記録媒体６０に記録を行う。記録媒体６０は近接場光または近接場光エネルギーにより発生する熱により状態が変化し、記録マークを形成できる記録材料で構成されている。さらに記録媒体６０は金属端１７と一体となって近接場光を形成するため、例えば、金（Au）からなる金属を含んで構成されている。

近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以上（例えば２０nm以上）の時は、制御部７０により光源１１をＯＮとすると量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動し金属端１７の周辺に近接場光１９が発生する。金属端１７と記録媒体６０との距離が所定距離以上の場合は、記録媒体６０側に近接場光は相互作用を起こさない。

図１１に示すように、記録媒体６０及び近接場デバイス１の両方、あるいは、記録媒体６０及び近接場デバイス１のどちらか一方を動かし、近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以下（例えば２０nm以下）の時は、制御部７０により光源１１をＯＮとすると量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動する。そして、金属端１７と記録媒体６０の一部である近接場光領域６１とを取り囲むように近接場光６５が発生する。金属端１７と記録媒体６０の一部である近接場光領域６１とが一体となり近接場光６５が発生する。近接場光６５のエネルギーにより、記録媒体６０自体（近接場光発光領域６１とその周辺）が発熱する。記録媒体６０が熱により状態が変化する材料を用いている場合には、当該発熱により記録マークが形成される。また、記録媒体６０が磁気記録媒体である場合は、記録媒体６０自体（近接場光発光領域６１とその周辺）が発熱することにより近接場光発光領域６１の保磁力が下がり図示せぬ記録ヘッドにより発生させる磁界により磁気記録を行うことが可能となる。

図１２は、制御部７０により光源１１が記録マーク３０を形成するのに十分な時間だけＯＮされ、発生した近接場光６５のエネルギーにより記録マーク３０が記録媒体６０上に形成された状態を示している。記録マークが形成された後は制御部７０により光源１１がＯＦＦされ、近接場光１７は発生していない。そして、記録媒体６０が移動または回転すること、あるいは近接場光デバイス１が移動することにより、記録位置が移動する。図１３は記録媒体６０が紙面上右へ移動し、記録マーク３０の左側が新たな近接場光領域６１となる。制御部７０は再度光源１１をＯＮとし、前述の記録方法と同様に、近接場光６５により新たな記録マークが形成させる。このように、記録したい記録情報に基づいて制御部７０が光源１１をＯＮ/ＯＦＦ制御を行い、さらに金属端１７と記録媒体６０の間の距離が所定距離以下（例えば２０nm以下）を保つことによって、例えば一定速度で回転している記録媒体６０に情報を連続して記録することができる。

＜記録装置の変形例１＞
図１４は、記録装置の変形例１を示している。記録媒体６０１以外の構成は図１０に示した記録装置の構成と同じである。記録媒体６０１は非金属領域６０２と島状に離散した金属領域６０３ａ〜６０３ｃから構成されている。非金属領域６０２は樹脂やガラスなどから構成され、近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない材料から構成される。金属領域６０３ａ〜６０３ｃは近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生する金（Au）などの金属を含んだ磁性体である。各々の金属領域６０３ａ〜６０３ｃは非金属領域６０２で隔離されている。また非金属領域６０２は非金属だけでなく、近接場光デバイス１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない非磁性体で構成してもよい。

記録媒体６０１に情報を記録する場合、近接場デバイス１の先端の金属端１７と記録媒体６０１の間の距離を所定距離以下（例えば２０nm以下）に保ち、制御部７０により光源１１をＯＮとする。入射光により量子ドット１５に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７移動する。そして、金属端１７と記録媒体６０１の金属領域６０３ａと取り囲むように近接場光６５が発生する。金属端１７と金属領域６０３ａとが一体となり近接場光６５が発生する。近接場光６５のエネルギーにより、金属領域６０３ａ自体（金属領域６０３ａとその周辺）が発熱する。すると金属領域６０３ａの保磁力が下がり図示せぬ記録ヘッドにより派生する磁界に応じて磁気記録を行うことが可能となる。

図１５は、制御部７０により光源１１が金属領域６０３ａに磁気記録が行われるのに十分な時間だけＯＮされ、発生した近接場光６５のエネルギーにより金属領域６０３ａの記録が完了した状態を示している。また、記録媒体６０１が移動または回転すること、あるいは近接場光デバイス１が移動することにより、記録位置が移動している。つまり、近接場デバイス１の先端の金属端１７が金属領域６０３ａと金属領域６０３ｂの非金属領域６０２に対峙するように位置していることになる。このとき制御部７０により光源１１がＯＦＦされ、近接場光１７は発生しないように制御する。また、入射光を完全にＯＦＦとするのではなく、非金属領域６０２と金属端１７が対峙しているときは入射光の光量を小さくし、近接場光１７のエネルギーを小さくしておくように制御部７０を制御するようにしてもよい。

図１６は、記録媒体６０１が紙面右から左に移動することにより、金属端１７が金属領域６０３ｂと対峙している。このタイミングで、制御部７０は再び光源１１をＯＮにし、図１４での金属領域６０３ａと同様に金属領域６０３ｂに情報を記録する。さらに記録領域６０３ｃについても同様に情報の記録が行われる。

なお、図１０〜図１６では、近接場光デバイス１を図１に示したものを用いたが図２ないし図９で示されている近接場光デバイスを用いることができるのは言うまでもない。

図１０〜図１６に示した記録装置では、近接場光デバイス１の金属端と記録媒体側の一部の領域が一体となって近接場光を形成する。これは記録媒体側の一部領域が近接場光のエネルギーにより直接発熱する。従来技術のＨＡＭＲ方式では金属端に発生した近接場光による熱が、金属端から磁気記録媒体側に伝播（あるいは放射）するが、本発明では記録媒体側が直接発熱するので、記録媒体上の微小スポットを効率よく加熱することができる。

＜第３の実施形態＞
本発明の近接場光デバイスの第３の実施形態について、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の第３の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。尚、図中の波線矢印は、エネルギーの伝搬を表わしている。

図１７において、近接場光デバイス７００は、基板７１０と、該基板７１０の上に積層され、例えばＩｎＡｓ量子ドットを複数含んでなるオプティカルナノファウンテン層７２１と、該オプティカルナノファウンテン層７２１の上に積層された量子ドット層７２２と、該量子ドット層７２２の上に積層された量子ドット層７２３と、該量子ドット層７２３の上に積層された金属端７３０と、を備えて構成されている。

オプティカルナノファウンテン層７２１では、中央付近に配置された比較的大きな量子ドットを、その周囲から囲むように複数の比較的小さな量子ドットが配置されている。

このように構成すれば、基板２１１の下面（図１７の紙面左側）から入力されるエネルギー（即ち、入力光）を受けた比較的小さな量子ドットにおいて発生する近接場光のエネルギーの少なくとも一部が、中央付近に配置された比較的大きな量子ドットに集められる。このため、近接場光デバイス７００に入力されるエネルギーを効率良く金属端７３０に伝えることができ、実用上非常に有利である。

＜第４の実施形態＞
本発明の近接場光デバイスの第４の実施形態について、図１８乃至図２０を参照して説明する。図１８は、本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。

図１８において、近接場光デバイス８００は、基板８１０と、該基板８１０の上に積層されたＧａＡｓ層８２１と、該ＧａＡｓ層８２１の上に積層されたＩｎＡｓ量子ドット層８３１と、該ＩｎＡｓ量子ドット層８３１の上に積層されたＧａＡｓ層８２２と、該ＧａＡｓ層８２２の上に積層されたＩｎＡｓ量子ドット層８３２と、該ＩｎＡｓ量子ドット層８３２の上に積層されたＧａＡｓ層８２３と、該ＧａＡｓ層８２３の上に積層されたＩｎＡｓ量子ドット層８３３と、該ＩｎＡｓ量子ドット層８３３の上に積層されたＧａＡｓ層８２４と、該ＧａＡｓ層８２４の上に積層されたＴｉ層８４０と、該Ｔｉ層８４０の上に積層された、例えばＡｕ等を含んでなる金属端８５０と、を備えて構成されている。

ここで、近接場光デバイス８００における各層・各部材のサイズの一例を挙げる。

ＧａＡｓ層８２１及び８２４各々の厚さは、例えば２５ｎｍである。他方、ＧａＡｓ層８２２及び８２３各々の厚さは、例えば５０ｎｍである。ＩｎＡｓ量子ドット層８３１、８３２及び８３３各々の厚さ（量子ドット除く）は、例えば０．５ｎｍ〜１ｎｍである。Ｔｉ層８４０の厚さは、例えば５ｎｍである。

ＩｎＡｓ量子ドットの平均高さ（図１８の“Ａ”参照）は、例えば７ｎｍである。ＩｎＡｓ量子ドットの平均幅（図１８の“Ｂ”参照）は、例えば２５ｎｍである。互いに隣接する二つのＩｎＡｓ量子ドット間の平均中心間距離（即ち、平均ピッチ）（図１８の“Ｃ”参照）は、例えば５０ｎｍである。金属端８５０の高さ（図１８の“Ｄ”参照）は、例えば３０ｎｍである。金属端８５０の幅（図１８の“Ｅ”参照）は、例えば６０ｎｍである。メサ構造体の高さ（図１８の“Ｆ”参照）は、例えば１５０ｎｍである。メサ構造体の幅（図１８の“Ｇ”参照）は、例えば４００ｎｍである。

尚、メサ構造体に含まれるＩｎＡｓ量子ドットの全個数は、例えば１４０個である。また、ＩｎＡｓ量子ドットの密度は、例えば４００個／μｍ^２である。

次に、近接場光デバイス８００の全体形状について、図１９を参照して説明する。図１９は、本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの全体形状の一例を示す平面図及び斜視図である。

近接場光デバイス８００の全体形状は、典型的には、四角錐台（図１９（ａ）参照）又は円錐台（図１９（ｂ）参照）である。近接場光デバイス８００の全体形状は、四角錐台や円錐台に限られず、例えば、三角柱や四角柱等の多角柱、円柱、多角錐台、矩形状（図１９（ｃ）参照）、円盤状（図１９（ｄ）参照）等であってもよい。

次に、近接場光デバイス８００のメサ構造体におけるＩｎＡｓ量子ドットの配列について、図２０を参照して説明する。図２０は、図１９（ａ）のＡ−Ａ´線断面図（つまり、図１８における、“ＩｎＡｓ量子ドット層８３１”、“ＩｎＡｓ量子ドット層８３２”及び“ＩｎＡｓ量子ドット層８３３”各々に含まれる量子ドットの配列状況を平面的に示した図）の一例である。

ＩｎＡｓ量子ドットは、例えば、図２０（ａ）に示すような格子状に配列されていてもよいし、図２０（ｂ）に示すような三角格子状に配列されていてもよい。尚、ＩｎＡｓ量子ドットは、図２０に一例として挙げた配列以外にも様々な配列を採ることができる。

＜第１変形例＞
次に、第４の実施形態に係る近接場光デバイス８００の第１変形例について、図２１を参照して説明する。図２１は、本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの第１変形例の一例である。

本変形例では特に、ＩｎＡｓ量子ドット層８３２´に含まれる複数の量子ドット各々が、近接場光デバイス８００の上方から平面的に見て、ＩｎＡｓ量子ドット層８３１に含まれる複数の量子ドットと重ならないように配置されている。

＜第２変形例＞
次に、第４の実施形態に係る近接場光デバイス８００の第２変形例について、図２２を参照して説明する。図２２は、本発明の第４の実施形態に係る近接場光デバイスの第２変形例の一例である。本変形例では特に、金属端８５０と、量子ドット層（即ち、メサ構造体）との位置関係について説明する。

図２２（ａ）に示すように、金属端８５０と量子ドット層との間には、間隙が形成されていてもよい。該間隙は、近接場光のエネルギーが伝搬可能な距離に設定されている。或いは、図２２（ｂ）に示すように、金属端８５０が量子ドット層上に直接積層されていてもよい。或いは、図２２（ｃ）に示すように、金属端８５０が、誘電体を介して、量子ドット層上に積層されていてもよい。

また、金属端８５０は、メサ構造体の頂部に限らず、例えば側面（図２２（ｄ），（ｆ）参照）や底部（図２２（ｅ），（ｈ）参照）等、任意の場所（図２２（ｇ），（ｉ）参照）に形成されていてもよい。

＜第５の実施形態＞
本発明の近接場光デバイスの第５の実施形態について、図２３を参照して説明する。図２３は、本発明の第５の実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。

図２３に示すように、本実施形態に係る近接場光デバイス９００は、量子ドット層に代えて、例えばＧａＡｓ、Ｓｉ、フォトニッククリスタル（ある特定の波長を遮断するバンドギャップ(フォトニックバンドギャップ)を持つ光学結晶であり、酸化シリコンや窒化シリコンなどのＳｉ系、ポリスチレン微粒子を三元的に自己配列したコロイド結晶などが知られている）等の受光素子を備えて構成されている。

図２３（ａ）に示すように、金属端８５０と受光素子との間には、間隙が形成されていてもよい。或いは、図２３（ｂ）に示すように、金属端８５０が受光素子上に直接積層されていてもよい。或いは、図２３（ｃ）に示すように、金属端８５０が、誘電体を介して、受光素子上に積層されていてもよい。

＜近接場光デバイスの製造方法＞
次に、本発明の近接場光デバイスの製造方法について、図２４乃至図３１を参照して説明する。

図２４に示すように、基板８１０上に、量子ドット層が積層され、該量子ドット層の上にＴｉ層が積層され、該Ｔｉ層の上にＡｕ層が積層された後、図２５に示すように、Ａｕ層を覆うようにレジストが塗布される。

次に、図２６に示すように、レジストが塗布された基板８１０上に電子プローブが照射され、電子線損傷を利用して所定の微細パターンが描かれる。続いて、図２７に示すように、例えば現像液等により余分なレジストが除去されることにより、Ａｕ層の一部が露出する。

次に、図２８に示すように、Ａｕ層の一部を覆うように、例えばＴｉ等からなるマスクが形成される。続いて、図２９に示すように、例えばレジスト剥離液等によりレジストが除去される。続いて、図３０に示すように、イオンビームにより、Ａｕ層、Ｔｉ層及び量子ドット層が所定の形状に加工される。この結果、図３１に示すような近接場光デバイス８００が形成される。

尚、近接場光デバイス８００の全体形状は、イオンビームの照射条件等により制御可能であることが、本願発明者の研究により判明している。ここでは、第４の実施形態に係る近接場光デバイス８００の製造方法を一例として挙げたが、他の実施形態に係る近接場光デバイスも同様の手順により製造することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う近接場光デバイス、それを用いた記録装置、および、記録方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、５３、１００、２００、３００、４００、５００、７００、８００、９００…近接場光デバイス、１１、１０１、２０４、３０３、４０２、５０３…光源、１５…量子ドット、１７、１１０、２０５、７３０、８５０…金属端、１０５ａ、１０５ｂ…第１量子ドット、１０８…第２量子ドット、２０１、３０１、５０１…第１量子ドットグループ、２０２、３０２、５０２…第２量子ドットグループ、２０３…第３量子ドットグループ、３０４、４０３、５０４…金属微粒子、４０１…量子ドットグループ

Claims

複数の量子ドットを含んでなり、前記複数の量子ドットが少なくとも平面的に分布する量子ドット構造体と、
前記量子ドット構造体の上に設けられた金属端と、
を備える近接場光デバイスであって、
前記量子ドット構造体は、前記量子ドット構造体に入射する光である入射光が、前記複数の量子ドットの少なくとも一部により近接場光に変換され、前記近接場光が前記複数の量子ドットのうち一又は複数の量子ドットを伝播することにより、前記近接場光が前記金属端に集中するような構成を有する
ことを特徴とする近接場光デバイス。
前記量子ドット構造体と前記金属端との間の距離は、近接場光のエネルギーが伝搬可能な距離に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の近接場光デバイス。
前記量子ドット構造体と前記金属端との間に、誘電体が介在していることを特徴とする請求項２に記載の近接場光デバイス。
前記量子ドット構造体は、ＧａＡｓ媒体中に、前記複数の量子ドットとしてのＩｎＡｓからなる複数の量子ドットが分散された構造体であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光デバイス。
前記量子ドット構造体は、複数の量子ドットを含む第１量子ドット層と、前記第１量子ドット層上に積層され、一又は複数の量子ドットを含む第２量子ドット層と、を有し、
前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とは、近接場光相互作用により、前記第１量子ドット層の量子ドットと前記第２量子ドット層の量子ドットとが結合可能な距離を満たすように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の近接場光デバイス。
前記金属端は、金属微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光デバイス。
光源と、
複数の量子ドットを含んでなり、前記複数の量子ドットが少なくとも平面的に分布する量子ドット構造体と、
前記量子ドット構造体の上に設けられた金属端と、
を備える近接場光デバイスであって、
前記量子ドット構造体は、前記光源から出射され前記量子ドット構造体に入射する光である入射光が、前記複数の量子ドットの少なくとも一部により近接場光に変換され、前記近接場光が前記複数の量子ドットのうち一又は複数の量子ドットを伝播することにより、前記近接場光が前記金属端に集中するような構成を有する
ことを特徴とする近接場光デバイス。